AB-DTPA法测定我国典型土壤多元素有效态含量的适用性分析

郝冠军，周建强，方海兰

（上海市园林科学规划研究院，上海 200232）

AB-DTPA法测定我国典型土壤多元素有效态含量的适用性分析

郝冠军，周建强，方海兰*

（上海市园林科学规划研究院，上海 200232）

采用AB-DTPA通用浸提剂联合电感耦合等离子体发射光谱法，对我国21个地区8种典型土壤共39个土样的11种元素有效态含量进行了测定，并与经典的土壤测定方法进行比较。结果显示：AB-DTPA法提取的土壤有效磷和速效钾均与经典方法测定结果达到极显著相关，分别占其80%以上和90%以上；AB-DTPA法浸提的9种金属元素有效态含量均高于CaCl2-DTPA法的浸提量，前者通常为后者的1.56—3倍，有个别土壤或个别元素会更高，两种方法测定结果均达到极显著相关，以pH低的土壤相关系数略低。结果表明，AB-DTPA法不但具有快速、精准的优势，而且其测定结果与我国不同地区典型土壤中各元素含量分布趋势基本一致，适用于我国典型土壤中多元素的有效态含量分析；但在具体应用时应注意与传统测定方法测定数值和评价指标的差别。

AB-DTPA法；经典方法；CaCl2-DTPA法；典型土壤；元素有效态含量

随着对土地养分利用率和环境质量要求的提高，土壤样品快速分析尤显重要［1］。目前我国土壤分析普遍采用经典方法，即每种元素采用一种浸提剂和测定方法［2］，操作繁琐，难以满足大数据分析需求；或采用土壤元素全量分析，不能真实反映土壤养分丰缺或污染毒害程度。元素有效态含量及其比例是决定其对环境及周围生态系统造成影响的关键因素［3-4］。为简单、快速、大批量地分析多种元素，测定结果又能客观、真实地反映土壤实际情况，土壤多元素的有效态分析日益受到重视［4-5］。国际上常用的多元素联合提取方法主要有Mehlich 3（简称M3）、CaCl2-DTPA和AB-DTPA法［6-8］；国内主要采用CaCl2-DTPA法，一些检测标准和土壤金属控制标准也采用该方法［9-11］。但CaCl2-DTPA法的主要缺陷是只适用于金属类元素分析，而1977年SOLTANPOUR等［12］提出的AB-DTPA法则综合了多种浸提剂优势，其原理是利用DTPA螯合微量元素、HCO－3浸提磷、NH4+提取钾、水溶液浸提NO－3，是一种非常有效的多元素浸提剂。尤其是与电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES）联用，极大提高了土壤有效态元素的分析效率，在欧美等国已成为一种通用的土壤分析方法［13-15］。但AB-DTPA法在我国应用较少，只有少量报道证实AB-DTPA适合我国土壤中P、K、Fe、Mn、Cu、Zn等元素的测定，并与经典方法存在极显著相关［16-17］；该方法还被证实能有效地评价污染土壤中Cu、Zn、Cd等重金属有效态含量［18］；近年上海颁布的地方标准《绿化用表土保护和再利用技术规范》（DB31/T 661—2012）和《园林绿化工程种植土壤质量验收规范》（DB31/T 769—2013）将AB-DTPA法作为土壤养分和重金属有效态含量的检测方法［19-20］。

总体而言，AB-DTPA浸提剂在国内应用较少，随着ICP等大型分析仪器在我国逐步普及以及对土壤分析大数据的需求，AB-DTPA联合ICP应用的优越性逐渐被大家所关注。为此，本研究选择我国21个地区8种典型土壤共39个土样，采用AB-DTPA联合ICP法测定土壤中11种元素，并与传统测试方法进行比较，以期为快速、准确的土壤现代化检测提供科学依据。

1 材料与方法

1．1 材料

从黑龙江、吉林、辽宁、河北、北京、天津、山东、江苏、上海、安徽、江西、浙江、福建、广东、云南、海南、湖北、湖南、重庆、贵州和陕西等21个省市采集当地典型的地带性土壤，共计暗棕壤、棕壤、褐土、黄棕壤、紫色土、红壤、砖红壤和潮土8种土壤类型39个样本；其中暗棕壤5个、棕壤5个、褐土5个、黄棕壤5个、紫色土3个、潮土5个、红壤6个、砖红壤5个。样品经风干后，过2 mm尼龙筛，备用。

1．2 分析方法

AB-DTPA-ICP-OES法按照上海市地方标准《绿化用表土保护和再利用技术规范》附录F的要求进行P、K、Fe、Mg、Mn、Cu、Zn、Cd、Cr、Pb和Ni 11种元素的测定［19］。该方法的测定下限为P 0.05 mg/kg，K 0.12 mg/kg，Fe 0.03 mg/kg，Mg 0.01 mg/kg，Mn 0.01 mg/kg，Cu 0.01 mg/kg，Zn 0.01 mg/kg，Cd 0.002 mg/kg，Cr 0.003 mg/kg，Pb 0.03 mg/kg，Ni 0.01 mg/kg。

同时，采用经典方法对土样进行11种元素的测定：土壤有效P采用NaHCO3浸提-硫酸-钼锑抗比色法测定；速效K采用CH3COONH4浸提-火焰分光光度计法测定；微量元素Fe、Mg、Mn、Cu、Zn和重金属Cd、Cr、Pb、Ni采用CaCl2-DTPA-TEA-ICP-OES法测定。CaCl2-DTPA-TEA-ICP-OES法测定下限为Fe 0.12 mg/kg，Mn 0.08 mg/kg，Cu 0.04 mg/kg，Zn 0.32 mg/kg，Cd 0.028 mg/kg，Pb 0.16 mg/kg，Ni 0.12 mg/kg［2，21］。

为进一步比较AB-DTPA和CaCl2-DTPA两种方法的差异，也将CaCl2-DTPA法用于土壤有效P和速效K的测定。所有样品的每个测试项目均重复2次。

1．3 数据分析

数据处理采用SPSS 13.0进行。

2 结果与分析

2．1 土壤有效磷的测定结果比较

由表1可以看出：无论何种类型土壤，经典的NaHCO3浸提法测定的土壤有效磷含量最高；AB-DTPA方法次之，测定结果占NaHCO3方法的80%以上，且两种方法测定结果达到了极显著相关（r＞0.698，P＜0.01）；有效磷CaCl2-DTPA法测定结果与NaHCO3法测定结果虽然达到极显著相关（r＞0.703，P＜0.01），但测定的有效磷比例很低，仅占NaHCO3法的7%—13%。

表1 不同方法测定土壤有效磷含量的比较Table 1 Comparison of available phosphorus content in soil by different methods

本试验有效磷AB-DTPA法占NaHCO3法的提取比率高于崔建宇等［16］报道的我国59个不同地区土样品53%的比例；也高于ELSASHIDI等［22］报道的美国20种碱性土壤62%的比例。从表1还可以看出，不管何种类型的土壤，即便是强酸性的砖红壤和红壤，AB-DTPA法测定的有效磷与NaHCO3法的相关系数均达到极显著相关；且土壤类型不同相关系数大小也不同，相对来说，pH低的砖红壤、红壤比pH略高的土壤略低。

进一步分析AB-DTPA法测定的土壤有效磷含量，可以看出，暗棕壤、棕壤、褐土、紫色土4种土壤有效磷含量相对较高，黄棕壤次之，而红壤、砖红壤和潮土含量相对较低；这与崔建宇等报道［16］的我国59个不同地区土壤中有效磷分布基本一致，也与我国不同地区地带性土壤有效磷含量分布趋势基本一致［23］。

2．2 土壤速效钾的测定结果比较

由表2可以看出：无论何种类型土壤，经典的CH3COONH4浸提-火焰光度法测定的速效钾含量最高；AB-DTPA法次之，并与CH3COONH4法测定结果达到极显著相关（r＞0.932，P＜0.01），所有土壤均能提取出90%以上的速效钾；CaCl2-DTPA法测定速效钾与CH3COONH4法测定结果虽然达到极显著相关（r＞0.929，P＜0.01），但提取比例低，仅为CH3COONH4法的10%—50%。本试验速效钾AB-DTPA法占CH3COONH4法的提取比率高于崔建宇等［16］报道的我国59个不同地区土样品64%的比例。

从表2还可以看出，无论何种类型土壤，即便是强酸性的砖红壤和红壤，AB-DTPA法测定的速效钾与CH3COONH4法的相关系数均达到极显著相关；土壤类型不同其相关系数大小不一，pH值低的砖红壤、红壤比pH略高的土壤低。进一步分析AB-DTPA法测定的土壤速效钾含量，可以看出，暗棕壤、棕壤、紫色土、潮土的速效钾含量较高，褐土和黄棕壤较低；红壤和砖红壤最低；这也与我国典型土壤中速效钾含量分布趋势基本一致［23］。

表2 不同方法测定土壤速效钾含量的比较Table 2 Comparison of available potassium content in soil by different methods

2．3 AB-DTPA与CaCl2-DTPA 2种方法测定土壤金属元素的比较

2.3.1 Fe

从表3可以看出：无论何种类型土壤，AB-DTPA法浸提的Fe均大于CaCl2-DTPA浸提法，说明AB-DTPA法对Fe的浸提效率优于CaCl2-DTPA法；前者为后者的3.8—6.7倍，不同土壤之间没有明显规律。两种方法的测定结果均达到极显著相关（r＞0.829，P＜0.01），且pH低的砖红壤、红壤两种方法的相关系数比pH略高的土壤略低。

进一步分析AB-DTPA法测定的土壤有效Fe含量，可以看出，暗棕壤、棕壤、黄棕壤、紫色土和褐土的有效铁含量较高，红壤和砖红壤较低，这也与我国典型地带性土壤中有效铁含量分布趋势基本一致［23］。

表3 AB-DTPA与CaCl2-DTPA法测定土壤有效铁含量的比较Table 3 Comparison of available Fe content in soil by AB-DTPA and CaCl2-DTPA methods

2.3.2 Mg

从表4可以看出：无论何种类型土壤，AB-DTPA法浸提的有效Mg均大于CaCl2-DTPA浸提法，说明AB-DTPA法对Mg的浸提效率优于CaCl2-DTPA法；其中在暗棕壤、棕壤、褐土、黄棕壤、紫色土等有效Mg含量较高的样品中，AB-DTPA法测定值一般为CaCl2-DTPA法的1.5—2.1倍；而AB-DTPA法浸提红壤、砖红壤、潮土等土样的测定值一般为CaCl2-DTPA法的3.0—3.4倍。两种方法的测定结果均达到极显著相关（r＞0.785，P＜0.01），pH值低的砖红壤、红壤两种方法的相关系数比pH略高的土壤低。

进一步分析AB-DTPA法测定的土壤有效Mg含量，可以看出，暗棕壤、棕壤、褐土、黄棕壤、紫色土和潮土6种土壤中含量较高，红壤和砖红壤含量较低；这也与我国典型地带性土壤中有效Mg含量分布趋势基本一致［23］。

表4 AB-DTPA与CaCl2-DTPA法测定土壤有效镁含量的比较Table 4 Comparison of available Mg content in soil by AB-DTPA and CaCl2-DTPA methods

2.3.3 Mn

从表5可以看出：暗棕壤、棕壤、褐土、黄棕壤、紫色土、红壤和砖红壤等7种土壤样中AB-DTPA浸提法提取的土壤有效Mn略高于CaCl2-DTPA法浸提量，只有潮土中AB-DTPA法测定值是CaCl2-DTPA法的3倍左右。两种方法的测定结果均达到极显著相关（r＞0.743，P＜0.01），其中暗棕壤、棕壤、褐土和紫色土4种土壤两种方法的相关系数相对较高，其他土壤略低。从几种土壤有效Mn的含量可以看出，暗棕壤、棕壤、褐土、紫色土含量相对较高，黄棕壤、潮土含量次之，红壤和砖红壤含量相对较低；这与我国典型地带性土壤中有效Mn含量分布趋势基本一致［23］，也与国外相关报道结果基本一致［24］。

2.3.4 Cu

从表6可以看出：无论何种类型土壤，AB-DTPA法浸提的Cu均大于CaCl2-DTPA法，前者为后者1.9倍以上，说明AB-DTPA法对Cu的浸提效率优于CaCl2-DTPA法。两种方法的测定结果均达到极显著相关（r＞0.885，P＜0.01），相关系数以pH值高的暗棕壤、棕壤、紫色土、褐土和潮土相对较高，黄棕壤、红壤和砖红壤相对较低。

表5 AB-DTPA与CaCl2-DTPA法测定土壤有效锰含量的比较Table 5 Comparison of available Mn content in soil by AB-DTPA and CaCl2-DTPA methods

表6 AB-DTPA与CaCl2-DTPA法测定土壤有效铜含量的比较Table 6 Comparison of available Cu content in soil by AB-DTPA and CaCl2-DTPA methods

2.3.5 Zn

从表7可以看出：无论何种类型土壤，AB-DTPA法浸提的Zn均大于CaCl2-DTPA法，说明AB-DTPA法对Zn的浸提效率略优于CaCl2-DTPA法。不同土壤两种方法测定的有效Zn比例也不同，一般土壤ABDTPA法为CaCl2-DTPA法的1.9—2.2倍，有少数3倍以上，而红壤、砖红壤则达到5—6倍。两种方法的测定结果均达到极显著相关（r＞0.767，P＜0.01），相关系数以暗棕壤、棕壤、紫色土、褐土和黄棕壤相对较高，潮土、红壤和砖红壤相对较低。

表7 AB-DTPA与CaCl2-DTPA法测定土壤有效锌含量的比较Table 7 Comparison of available Zncontent in soil by AB-DTPA and CaCl2-DTPA methods

2.3.6 Cd

从表8可以看出：无论何种类型土壤，AB-DTPA法浸提的Cd均大于CaCl2-DTPA法，前者为后者的2.3—4.8倍，说明AB-DTPA法对Zn的浸提效率优于CaCl2-DTPA法。两种方法的测定结果均达到极显著相关（r＞0.720，P＜0.01），不同土壤之间相关系数差别不大。

2.3.7 Pb

从表9可以看出：无论何种类型土壤，AB-DTPA法浸提的Pb均大于CaCl2-DTPA法，前者约为后者的5.0—6.1倍，说明AB-DTPA法对Pb的浸提效率优于CaCl2-DTPA法。两种方法的测定结果均达到极显著相关（r＞0.639，P＜0.01），不同土壤之间相关系数差别不大。

表8 AB-DTPA与CaCl2-DTPA法测定土壤有效镉的比较Table 8 Comparison of available Cdcontent in soil by AB-DTPA and CaCl2-DTPA methods

表9 AB-DTPA与CaCl2-DTPA法测定土壤有效铅的比较Table 9 Comparison of available Pb content in soil by AB-DTPA and CaCl2-DTPA methods

2.3.8 Ni

从表10可以看出：无论何种类型土壤，AB-DTPA法浸提的Ni均大于CaCl2-DTPA法，其中暗棕壤、棕壤、褐土、黄棕壤和紫色土中前者为后者的1.6—2.2倍，红壤和砖红壤为2.7—3.1倍，潮土则高达8.6—9.0倍。两种方法的测定结果均达到极显著相关（r＞0.816，P＜0.01），不同土壤之间相关系数也不同，其中暗棕壤、棕壤、褐土、黄棕壤和紫色土相对较高，潮土、红壤和砖红壤相对较低。

表10 AB-DTPA与CaCl2-DTPA法测定土壤有效镍的比较Table 10 Comparison of available Ni content in soil by AB-DTPA and CaCl2-DTPA methods

2.3.9 Cr

从表11可以看出：无论何种类型土壤，AB-DTPA法浸提的Cr均大于CaCl2-DTPA法，其中暗棕壤、棕壤、褐土、黄棕壤、紫色土、红壤和砖红壤7种土壤中前者为后者的4.8—5.2倍，潮土则高达10倍左右。两种方法的测定结果均达到极显著相关（r＞0.651，P＜0.01），不同土壤之间相关系数也不同，以红壤和砖红壤相对较低。

表11 AB-DTPA与CaCl2-DTPA法测定土壤有效铬的比较Table 11 Comparison of available Crcontent in soil by AB-DTPA and CaCl2-DTPA methods

3 讨论

本研究表明，无论何种类型土壤，AB-DTPA法提取的土壤有效磷和速效钾分别占经典方法的80%和90%以上，并与经典方法的测定结果达到极显著相关，相关系数分别大于0.698和0.703。AB-DTPA法测定的Fe、Mg、Mn、Cu、Zn、Cd、Pb、Ni、Cr 9种金属元素有效态含量均高于CaCl2-DTPA浸提法，除暗棕壤、棕壤、褐土、黄棕壤、紫色土、红壤和砖红壤7种土壤中两种方法提取的有效Mn相当外，大部分土壤ABDTPA法浸提的大部分元素为CaCl2-DTPA的1.5—3倍，所有土壤AB-DTPA法浸提的有效Fe、Pb和Cr为CaCl2-DTPA法的3.8—6.7倍，部分土壤诸如潮土、红壤和砖红壤AB-DTPA法浸提的Zn、Ni、Cr和Zn则为CaCl2-DTPA法的5—10倍。AB-DTPA法浸提的所有样品的所有元素均与CaCl2-DTPA法之间存在极显著相关，相关系数均大于0.639。而且从AB-DTPA法浸提的大量营养元素P、K和微量营养元素Mg、Fe、Mn、Cu、Zn等的含量可以看出，其数值基本与我国典型土壤样品中含量分布趋势一致。以上分析均说明AB-DTPA法适宜我国典型土壤的多元素有效态含量分析，其分析结果可作为评价土壤元素有效态含量的重要依据。

SOLTANPOUR等［12］在1977年提出AB-DTPA方法适合中性和碱性土壤的测定。孙鸣镝等［25］也通过对上海典型碱性土壤的AB-DTPA法测定详细探讨了该方法对上海典型土壤的适用性。近年来研究报道证实该方法也适合酸性土壤的分析。如ZHANG等［26］提出，AB-DTPA是适宜评价杭州酸性土壤生长的茶树的重金属毒害的浸提剂；MADURAPPERUMA等［27］研究也表明，AB-DTPA法能更好地评价斯里兰卡酸性低地水稻土养分状态，并且大大减少了时间和土壤分析的成本。从本试验结果可以看出，AB-DTPA法与传统的土壤测试方法相关系数虽然以pH较低的（酸性或强酸性）红壤和砖红壤略低，pH相对较高的（中性和碱性）暗棕壤、棕壤等的相对略高，但由于AB-DTPA法对酸性土壤各种元素的提取率比较高，也与CaCl2-DTPA法相关系数比较高，进一步说明AB-DTPA法对酸性土壤也基本适用。

综合而言，AB-DTPA通用浸提剂联合电感耦合等离子体发射光谱法，由于一次能提取多元素有效态含量，具有快速、精准的优势，值得应用和推广。由于我国已有的土壤普查和科学研究报道的数据都是基于传统的土壤测试方法，AB-DTPA法在具体应用时应注意与传统测定方法测定结果以及评价指标的差别。另外由于本试验限制，没有就AB-DTPA法对S、Mo、B、等营养元素以及Hg、As等常见的重金属等元素检测有效性进行验证，国内至今也未见相关报道，以后需要进一步深入研究。

基于ICP仪器在国内逐步普及以及AB-DTPA浸提剂优势，两者联用将大大改进我国现有土壤分析技术。

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（责任编辑：闫其涛）

Applicability of AB-DTPA method for determining the available content of multi-element in typical soils in China

HAO Guan-jun，ZHOU Jian-qiang，FANG Hai-lan*
（Shanghai Academy of Landscape Architecture Science and Planning，Shanghai 200232，China）

The available content of 11 elements in 8 soil samples of 39 typical soils in 21 regions of China were determined by combining the ammonium bicarbonate-DTPA extraction and the inductively coupled plasma atomic emission spectrometry，and the determination results were compared with the classical methods of soil testing.The results showed that the contents of available phosphorus and potassium extracted by AB-DTPA method were significantly correlated with the results of classical methods，accounted for above 80%and 90%of them respectively.The available contents of 9 metal elements extracted by AB-DTPA were higher than those of CaCl2-DTPA.The former were usually 1.56—3 times of the latter，individual soil or individual elements were even higher.The results of the two methods were very significantly correlated，and the correlation coefficient of the soil with low pH was slightly lower.The experimental results proved that the AB-DTPA method had the advantage of rapid and accurate.The results of AB-DTPA were consistent with the distribution of the elements in the typical soil in different regions of China.The AB-DTPA method was suitable to analysis the available contents of multi-element in typical soils in China.However，we should pay attention to the difference between the numerical value and the evaluation index with the traditional method in specific application.

AB-DTPA method；Traditional method；CaCl2-DTPA method；Typical soils；Available content of element

S151.9

A

1000-3924（2016）06-100-08

2015-12-08

上海辰山植物园专项资助项目（G102402）

郝冠军（1985—），男，本科，工程师，主要从事土壤分析研究。E-mail：championhao＠163.com

*通信作者，E-mail：fhl-1969＠126.com